[PDF] CAPEN_PHYSIQUE CHIMIE RAHERINJATOVOARISON Felana

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UNIVERSITE D"ANTANANARIVO

ECOLE NORMALE SUPERIEURE

DEPARTEMENT DE FORMATION INITIALE SCIENTIFIQUE

CENTRE D"ETUDE ET DE RECHERCHE PHYSIQUE CHIMIE

N° d"ordre 338 / PC

MEMOIRE DE FIN D"ETUDES POUR L"OBTENTION

DU CERTIFICAT D"APTITUDE PEDAGOGIQUE

DE L"ECOLE NORMALE (C.A.P.E.N)

Soutenu le : 16 décembre 2014

Présenté par: RAHERINJATOVOARISON Felana

Année Universitaire

: 2013-2014 CONCEPTION D"UN OUTIL DIDACTIQUE NUMERIQUE DESTINE A L"APPRENTISSAGE DE L"ELECTRICITE

POUR LE PROGRAMME DE SIXIEME A MADAGASCAR

UNIVERSITE D"ANTANANARIVO

ECOLE NORMALE SUPERIEURE

DEPARTEMENT DE FORMATION INITIALE SCIENTIFIQUE

CENTRE D"ETUDE ET DE RECHERCHE PHYSIQUE CHIMIE

N° d"ordre 338 / PC

MEMOIRE DE FIN D"ETUDES POUR L"OBTENTION DU CERTIFICAT

D"APTITUDE PEDAGOGIQUE DE L"ECOLE NORMALE

(C.A.P.E.N)

Présenté par : RAHERINJATOVOARISON Felana

Soutenu le : 16 décembre 2014

MEMBRES DU JURY:

Président: Monsieur RANDRIANANDRAINA Faneva

Ph.D, Maître de conférences

Juges : Monsieur RASOLONDRAMANITRA Henri

Ph.D, Maître de conférences

Madame RAHARIJAONA Parsonnette

Assistant de recherches

Rapporteur: Madame RATOMPOMALALA Harinosy

Maître de conférences

Année Universitaire

: 2013-2014

CONCEPTION D"UN OUTIL DIDACTIQUE NUMERIQUE

DESTINE A L"APPRENTISSAGE DE L"ELECTRICITE

POUR LE PROGRAMME DE SIXIEME A MADAGASCAR

REMERCIEMENTS

Nous tenons à adresser notre profonde gratitude à tous ceux qui, de près ou de loin,

nous ont aidé et soutenu à la réalisation de ce mémoire. Nous exprimons plus particulièrement nos

plus vifs remerciements et reconnaissances :

A Dieu Tout Puissant de nous avoir donné lapossibilité et le courage de terminer ce mémoire :

" Par la grâce de Dieu, je suis ce que je suis » I Corinthiens 15 : 10

A notre président de jury :

Monsieur RANDRIANANDRAINA Faneva, Ph.D, Maître de conférences, qui nous a fait l"honneur de présider la soutenance de ce travail. A nos juges : Monsieur RASOLONDRAMANITRA Henri, Ph.D, Maître de conférences et Madame RAHARIJAONA Parsonnette,Assistant de recherchesqui ont acceptés de bonne grâce de faire partie des membres du jury

A notre directeur de mémoire : Madame RATOMPOMALALA Harinosy, Maître de conférences, pour les nombreuses heures

qu"elle nous a consacrées, de nous avoir entourée par ses précieux conseils et par ses

encouragements. Nous lui exprimons notre profonde gratitude. Aux enseignants du Centre d"Etudes et de Recherche (C.E.R) Physique-chimie Toute notre gratitude pour la qualité de vos enseignements.

A mes parents

Votre amour et vos sacrifices que vous m"avez offerts ont été pour moi unprécieux soutien durant

mes longues années d"études. Et voilà le fruit de vosinvestissements.

A mon frère,

" Qui m"a apporté du soutien durant mes études ». Avec qui j"ai partagé toutesmes joies et toutes

mes peines. Notre solidarité restera un idéal pour notre génération. Ma réussite est aussi latienne.

A toute ma famille

Qui nous a soutenu moralement et matériellement durant nos années d"études.

A tous(tes) mes ami(e)s

Qui m"ont encouragée surtout pendant les moments difficiles. A tout le personnel administratif et technique de l"Ecole Normale Supérieure d"Antananarivo

" Nos propres efforts seraient vains sans la bénédiction du Seigneur. Nous Lui rendons grâce, que

son nom soit éternellement loué »

Merci infiniment à tous

SOMMAIRE

INTRODUCTION........................................................................................ 1

Première partie : REPERE THEORIQUE............................................................. 3

1- La théorie de l"apprentissage selon Piaget : .................................................................... 3

1.1- Présentation brève de Jean Piaget ............................................................................ 3

1.2- Le développement de l"intelligence selon Piaget ..................................................... 4

2- Quelques aspects théoriques en électricité : .................................................................... 7

2.1- Bref historique de la découverte de l"électricité ..................................................... 7

2.2- Le courant électrique continu ................................................................................ 10

2.3- Loi d"ohm ............................................................................................................. 14

2.4- Les dipôles électriques .......................................................................................... 17

Deuxième partie: OUTIL DIDACTIQUE AVEC SEQUENCES D"APPRENTISSAGE..... 3

1- Présentation du didacticiel ............................................................................................ 27

1.1- Les objectifs du didacticiel .................................................................................... 27

1.2- Mode d"emploi du didacticiel ................................................................................ 28

1.3- Structure et aspect général du didacticiel ............................................................... 29

2- Les séquences d"apprentissage ...................................................................................... 31

2.1- Les circuits électriques simples ............................................................................. 34

2.2- Le courant électrique .............................................................................................. 49

2.3- Les montages en série et en dérivation .................................................................. 64

CONCLUSION.......................................................................................... 76

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES............................................................. 77

WEBOGRAPHIE....................................................................................... 77

Liste des figures

Figure 1. Représentation du sens du courant électrique

Figure 2. Lignes de courant et tube de courant

Figure 3. Tube de courant électrique (

est parallèle à)

Figure 4. Tube de courant électrique (

n"est parallèle pas à)

Figure 5. Conducteur cylindrique

Figure 6. Schéma d"un dipôle

Figure 7. Convention récepteur

Figure 8. Convention générateur

Figure 9. Les piles

Figure 10. Photopile ou cellules photovoltaïques

Figure 11. Les piles rechargeables

Figure 12. Une batterie d"automobile

Figure 13. Cuve à électrolyse

Figure 14. Courbe U = f (I) d"une pile

Figure 15. Courbe U= f (I) d"un générateur idéal Figure 16. Représentation du bilan énergétique d"un générateur Figure 17. Courbe U = f (I) aux bornes d"un récepteur Figure 18. Courbe U = f (I) aux bornes d"un conducteur ohmique Figure 19. Représentation du bilan énergétique d"un récepteur Figure 20. Représentation du bilan énergétique d"un conducteur ohmique

Figure 21. Les conducteurs ohmiques

Figure 22. Lampe à incandescence

Figure 23. Un moteur électrique

Figure 24. Une cuve à électrolyse

Figure25. Organigramme des séquences d"enseignement/apprentissage

Figure 26. Structure des modules d"apprentissage

Figure 27. Pile Leclanché

Figure 28. Pile alcaline

Figure 29. Pile bouton

Liste des tableaux

Tableau1. Valeurs de la résistivité et coefficient thermique de quelques matériaux 1

INTRODUCTION

Grâce à l"évolution des technologies de l"information et de la communication, les

enseignants peuvent actuellement utiliser des outils numériques pour compléter les outils d"apprentissage. Les simulations des expériences, les animations des phénomènes illustrant les cours sont les aboutissements de l"exploitation de plusieurs logiciels comme le Visual Basic, le C++, l"e-anime, le Macro média Flash, etc. Des travaux de conception et d"élaboration de matériels didactiques numériques ont

déjà été menés au sein du Ministère de l"Education Nationale et également au Centre d"Etudes

et de Recherches en Physique Chimie de l"Ecole Normale Supérieure d"Antananarivo, mais la

plupart d"entre eux sont destinés au lycée.Nos aînés ont contribué à l"amélioration de

l"enseignement/apprentissage de la physique pour les classes de seconde aux terminales par

des conceptions de didacticiels et cela grâce à l"évolution des technologies de l"information et

de la communication. Crée en 2006, EDUCMAD est un consortium qui regroupe 4 associations malgaches,

4 associations françaises et une entreprise malgache. En 2012

1, il a mis en oeuvre un projet

dans les lycées pour contribuer à l"orientation scientifique des élèves par le biais d"une

médiathèque électronique contenant des documents pédagogiques sur trois matières

scientifiques, à savoir les Sciences de la Vie et de la Terre, les Mathématiques et la Physique

Chimie. Les contenus de la médiathèque, sont conformes au programme scolaire malgache, de la classe de seconde aux terminales et comportent aussi bien des exercices et des exemples

d"activité ainsi que des annales du BACC avec corrigés. Cette médiathèque est quasiment un

laboratoire virtuel qui permet aux élèves de faire des expériences et des travaux pratiques virtuels. Actuellement, ce sont donc les élèves aux lycées qui bénéficient des technologies de l"information et de la communication à Madagascar .Mais nous pensons qu"il serait aussi

intéressant de présenter aux élèves du collège des cours numériques afin de développer une

approche autonome de l"élève et élargir le champ de leurs connaissances.

1Interview auprès d"un responsable du projet EDUCMAD le 21 septembre 2012

2 Ceci nous a conduit à axer notre travail de mémoire sur la " CONCEPTION D"UN OUTIL DIDACTIQUE NUMERIQUE DESTINE A L"APPRENTISSAGE DE L"ELECTRICITE POUR LE PROGRAMME DE SIXIEME A MADAGASCAR »,

afin decontribuer à la production d"outils pouvant aider les élèves à mieux assimiler leurs

cours Dans ce travail, nous adoptons deux grandes parties. La première partie est consacrée

au repère théorique. Elle présente la théorie de l"apprentissage de Piaget, étant donné que les

apprenants concernés sont encore très jeunes en classe de sixième. Nous présentons aussi

quelques aspects théoriques en électricité puisque c"est le thème de notre mémoire. La

deuxième partie de notre travail sera réservée à la présentation de l"outil didactique que nous

avons réalisé et à son exploitation. 3

Première partie : REPERE THEORIQUE

En classe de sixième, la physique et la chimie font partie du programme des apprenants à Madagascar. Dans un premier temps, nous allons parler de la théorie de Piaget qui se base surtout sur les enfants. Puis, nous parlerons de quelques aspects théoriques en

électricité.

1- La théorie de l"apprentissage selon Piaget :

1.1- Présentation brève de Jean Piaget

Jean William Fritz Piaget (1896-1980), pionnier dans le domaine de la psychologie de l"enfant.

Né à Neuchâtel (Suisse) le 9 août 1896, Jean Piaget est un biologiste, logicien et

épistémologue suisse connu pour ses travaux en psychologie du développement et en

épistémologie à travers ce qu"il a appelé l"épistémologie génétique. Il est le fils aîné d"Arthur

Piaget, professeur de littérature française et de la française Rebecca Jackson. A l"âge de onze ans, Piaget a écrit un bref article qui est considéré comme le point de

départ d"une brillante carrière scientifique, illustrée par une soixantaine de livres et plusieurs

centaines d"articles.

Son intérêt pour les mollusques se développe après l"adolescence et il a publié de nombreux

articles dans ce domaine et a continué à s"y intéresser toute sa vie.

Après sa maturité, il s"inscrit à la Faculté des sciences de l"université de Neuchâtel où

il obtient en 1920 un doctorat ès sciences. En 1923, il a épousé Valentine Châtenay avec qui il a eu trois enfants, sur lesquels il étudiera le développement de l"intelligence, de la naissance au langage. 4

1.2- Le développement de l"intelligence selon Piaget

Piaget étudie le mode de construction des connaissances chez l"individu dans le but de pouvoir rendre compte du mode de construction de la connaissance scientifique. Piaget constate que le passage entre les formes peu évoluées de connaissances et des formes de

connaissances plus complexes pouvait être considéré au cours de la genèse du développement

intellectuel de l"enfant. Ainsi, il voulait rendre compte de l"évolution de la connaissance

scientifique à partir de l"étude des mécanismes qui sous-tendent la formation des structures

opératoires de l"intelligence chez l"enfant. La perspective Piagétienne est constructiviste en ce

sens qu"elle cherche à expliquer les fonctions cognitives d"une complexité croissante par leur mode de formation successif. Piaget a une vision dynamique de la connaissance qui est liée à l"interaction du sujet avec son environnement. La connaissance ne se résume pas à une simple copie du réel car elle est inséparable de l"interaction du sujet avec son environnement. Toute connaissance d"un objet implique la combinaison du milieu à des concepts représentatifs puisqu"il n"a de signification pour le sujet qu"en fonction de l"action qu"il exerce sur lui. En 1923, Jean Piaget a fait sa première publication sur le langage et la pensée de l"enfant.

A partir de l"observation des enfants, il réorganise totalement les concepts clés du

développement et les présente comme des stades allant de l"intelligence sensori-motrice du bébé jusqu"à l"intelligence abstraite caractéristique de l"adolescence. Piaget distingue, dans le développement de la logique chez l"enfant, quatre stades

principaux: sensori-moteur, concret (précédé d"une période préopératoire) et formel.

1.2.1- Stade sensorimoteur

Il s"étend de la naissance à environ 2 ans. Durant cette période, le contact qu"entretient l"enfant avec le monde qui l"entoure dépend entièrement des mouvements qu"il fait et des sensations qu"il éprouve. Chaque nouvel objet est tenu entre les deux bras, lancé, mis dans la bouche pour en comprendre progressivement les caractéristiques par essais et erreurs. C"est au

milieu de ce stade, vers la fin de sa première année que l"enfant saisit la notion de permanence

de l"objet, c"est-à-dire qu"un objet continue d"exister même s"il sort de son champ de vision. 5

1.2.2- Stade préopératoire

Cette période débute vers 2 ans et se termine vers 6 - 7 ans. Durant cette période qui se caractérise entre autres par l"arrivée du langage, l"enfant devient capable de penser en termes symboliques, de se représenter des choses à partir de mots ou d"indications. L"enfant

saisit aussi des notions de quantité, d"espace ainsi que la distinction entre passé et futur. Mais

il demeure essentiellement orienté vers le présent et les situations physiques concrètes, ayant

de la difficulté à manipuler des concepts abstraits. Sa pensée est aussi très individualiste en ce

sens que l"enfant croît souvent que les autres voient les situations de son point de vue à lui.

1.2.3- Stade des opérations concrètes

Entre 6 - 7 ans et 11-12 ans, avec l"expérience du monde qui s"accumule en lui, l"enfant devient capable d"envisager des événements qui surviennent en dehors de sa propre

vie. Il commence aussi à élaborer et à créer des raisonnements logiques qui nécessitent

cependant encore un rapport direct au concret. Un certain degré d"abstraction permet aussi d"aborder des disciplines comme les mathématiques où il devient possible pour l"enfant de résoudre des problèmes avec des nombres, de coordonner des opérations dans le sens de la 6

réversibilité, mais toujours au sujet de phénomènes observables. Résoudre des problèmes à

plusieurs variables en le décortiquant de façon systématique demeure exceptionnel à ce stade.

1.2.4- Stade des opérations formelles

Finalement, à partir de 11-12 ans se développent les nouvelles capacités. Par exemple,

faire des raisonnements hypothético-déductifs et établir des relations abstraites, sont

généralement maîtrisés autour de l"âge de 15 ans. À la fin de ce stade, l"adolescent peut donc,

comme l"adulte, utiliser une logique formelle et abstraite. Il peut aussi se mettre à réfléchir sur

des probabilités.

1.2.5- Quels besoins en classe de sixième ?

Etant donné que l"âge légal pour entrer en classe de onzième est l"âge de 5ans, on peut

supposer que les élèves auront environ 10 ans en classe de sixième à Madagascar. Les

apprenants se trouvent généralement dans le stade des opérations concrètes en suivant la

théorie piagétienne : les élèves ont besoin d"observer, de raisonner et surtout de déduire les

essentiels. C"est pourquoi, des figures, des animations sont nombreuses afin que l"apprenant soit motivé. C"est pourquoi, la conception de notre travail se base surtout sur l"idée que 7

l"apprenant(e) peut construire par lui-même ses propres connaissances en observant et en

analysant des documentations qui lui est offert.

2. Quelques aspects théoriques en électricité :

2.1- Bref historique de la découverte de l"électricité

2.1.1- Définitions et bref historique

a) Définitions Selon le dictionnaire Larousse2, l"électricité est la manifestation d"une forme d"énergie associée à des particules chargées au repos ou en mouvement. D"après le Centre national de Ressources textuelles et Lexicales

3, elle se manifeste par

différents phénomènes tels qu"attraction et répulsion (électricité statiques), par des effets

calorifiques, chimiques, lumineux, magnétiques, mécaniques (électricité dynamique). b) Bref historique

La science de l"électricité s"est peu à peu constituée à partir de simples observations

des phénomènes de la nature. La boussole en est la première application.

La possibilité de produire à volonté de l"électricité fut acquise seulement au

XVII e siècle (machines statiques de Guericke et Huygens), et au début du XVIIIe siècle, on

distingue deux catégories d"électricité : l"électricité vitrée (positive), l"électricité résineuse

(négative).Au XVIII e siècle, l"expérimentation est suffisamment développée pour que l"on

puisse construire les premières théories et, par des expériences et des mesures de plus en plus

précises, passer du qualitatif au quantitatif (Cavendish et Coulomb).Mais l"électricité

statiqueque l"on produit, et qui fait l"objet des recherches, ne peut plus amener de grands

progrès. En 1800, la découverte de la pile (Volta) permet d"obtenir des courants électriques

(électricité dynamique). 8quotesdbs_dbs6.pdfusesText_12

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